月刊ポピュラーサイエンス/第12巻/1877年12月号/蒸気機関の発展2

蒸気機関の発展^[1]

蒸気機関の仕組み

第3節
発展の時期 ニューコメンとワット

1700年から1800年頃。セイバリーのエンジンの明らかな欠陥、その浪費する燃料消費、排水する鉱山の底近くに設置し、深さがかなりあるところでは連続した揚水用にいくつも設置しなければならないという不便さ、特に高圧での使用はその最善の形であっても危険を伴うことから、その導入はかなり遅れ、馬力よりも経済効率で優れているにもかかわらず、使用開始は非常に遅かった。

23.ニューコメンとジョン・コーリーは、イギリス・デボンシャーのダートマスに住む二人の機械工で、大気圧エンジンまたはニューコメン・エンジンと呼ばれるものを開発したのである。

ニューコメンは鍛冶屋、コーリーは釉薬屋と配管工であった。

コーンウォールを訪れ、セイバリー機関の運転を目撃したことが、彼らの関心をこの問題に向けるきっかけとなったと言われているが、セイバリーの友人は、ニューコメンがセイバリー同様に早くから全体計画を練っていたと述べている。

ニューコメンはコーリーとの議論の後、フック博士と文通を始め、ヒュッゲンスやパパンのエンジンに似たピストンを含む蒸気シリンダーから構成され、馬や風の力で水を上げる場合に一般的に使われているものに似た別のポンプを駆動する蒸気機関を提案する。

フック博士は彼らの計画に反対し、強く主張したが、幸運なことに、無学な機械工たちの頑固な信念は、彼らの優れた文通相手の論評に打ち勝ち、ニューコメンとコーリーは彼らの独特な計画によるエンジンを試行した。

これが功を奏して、彼らはさらに研究を続け、1705年に特許を取得した。^[2]-この特許は、蒸気シリンダーとピストン、表面凝縮、独立したボイラーと独立したポンプを組み合わせた機関である。

図10.スミートンが改良したニューコメンエンジン(1775年)

24.最初に設計された大気圧機関では、真空を作り出すために凝縮水をシリンダーの外側に当てて凝縮させる過程が遅かったため、エンジンの行程が非常に長い間隔で行われることになった。しかし、すぐに改良が加えられ、水の噴射をシリンダー内部に直接行うことで凝縮の速さが飛躍的に向上したことによってデサグリエがセイバリー・エンジンに行ったのと同じ効果をニューコメン・エンジンにもたらしたのである。このように改良されたニューコメン機関は、図11に示すようなものである。ここでdはボイラーである。蒸気はボイラーからコックdを通ってシリンダーaに入り、大気の圧力を平衡させ、重いポンプロッドkを下降させ、その大きな重量がビームi iを介して作用し、ピストンsを図の位置まで上昇させることができるようになっている。

図11.ニューコメンのエンジン(1705年)

コックdを閉め、fを開くと、貯水池gから噴射された水がシリンダー内に入り、蒸気の凝縮により真空が発生する。ピストンの上の空気の圧力がピストンを押し下げ、再びポンプロッドを上昇させ、このようにしてエンジンは無限に作動し続ける。

パイプhは、ピストンの上側を水で覆い、空気漏れを防ぐために使うもので、ニューコメンの考案である。

図には2つのゲージコックc、cと安全弁Nが描かれているが、後者は現在の一般的な形とはかなり異なっていることに気づかれるだろう。この場合、使用される圧力は大気圧よりほとんど大きくなく、通常、バルブ自体の重量で十分に抑えることができる。ロッドmは、必要なときにカウンターウェイトを載せるためのものであった。

ニューコメンの最初のエンジンは、1分間に6〜8行程だったが、その後の改良型エンジンは10〜12行程になった。

25.蒸気機関は今や現代の機械にいくらか似た形をしている。

しかし、重要な欠点は、コックを開閉するためにエンジンのそばに係員を置かなければならないことであった。しかし、1713年にニューコメン機関のこの任務を与えられた聡明な少年ハンフリー・ポッターは、頭上の梁から紐で取り付けたスコガンと呼ぶものを考案し、彼のためにこの仕事をこなしたのである。

この少年は、弁装置の操作を自動化することによって、エンジンの速度を1分間に15〜16行程に上げ、バルブの調整によってのみ得られる規則正しい動作と確実性を与えた。

この独創的な若い機械工は、その後、熟練した職人であると同時に優れた技師となり、大陸に渡り、いくつかの優れたエンジンを建設した。

図12.ベイトン社製弁装置 1718年頃

26.この新しい装置は、1718年にヘンリー・ベイトンがニューカッスル・オン・タインに建設したエンジンに応用され、このエンジンでは、図12に見られるように、ポッターの機械的でないコードの配置を実質的な材料に置き換えている。

このスケッチでは、r はプラグツリー、プラグロッド、プラグフレームなど、さまざまに呼ばれるもので、大きな梁から吊り下げられ、上昇、下降しながら、ピン p と k を適切なタイミングでバルブのハンドル k k と n n に接触させて、適切な方向と範囲に移動させる。ここでは、デサグリエの提案(と言われている)により、レバー式安全弁が使用されている。

ピストンには気密性を保つために革やロープが詰められ、潤滑油として獣脂が使われた。

27.ニューコメン機関は、数人の技術者、特にスミートンによってさらに改良され、まもなくイギリスのすべての鉱区でかなり広範囲に使用されるようになり、ヨーロッパ大陸でも一般に知られるようになった。

セイバリー機関の最良の形態と比較して燃料の経済性が高く、採用した低い蒸気圧の結果として安全性が高く、作業能力が高いことから、その優位性が明らかになり、急速に採用が進み、燃料が安価ないくつかの地域ではごく最近まで一般に使用され続けた。このようなエンジンのいくつかは、現在でも存在している。

1758年頃からワットエンジンが登場するまでの間、大量の水を汲み上げるための機械として、ほぼ万能に使われた。

28.ニューコメン機関の成功は、当然ながら、機械学者や科学者の関心を集め、蒸気力の他の応用の可能性にも目を向けさせた。

しかし、ジェームス・ワットがその名を知られるようになった仕事を始めるまでは、ブリンドレーやスミートンのような熟練した技術者でさえ、ニューコメンやコーリーのエンジンの比率を改良したり細部をわずかに変更する程度のことしか行わなかったのである。

ジェームズ・ワット

蒸気機関の発明者、改良者の経歴はほとんど知られていないが、ワットの経歴は完全に追跡されている。

29.この偉人はグリンノックで生まれた。当時は小さなスコットランドの漁村だったが、今では大きな町となり、毎年クライド川で蒸気船の船団を打ち上げている。そのエンジンは、ワットが生まれた日(1736年1月19日)に世界にあったすべてのエンジンよりはるかに強力なものと思われる。

聡明な少年であったが、非常に病弱で、学校に通うことも、勉強や遊びに没頭することもできなかった。

彼の幼少期の教育は、立派で知的な両親によって行われ、父の大工仕事から借りた道具は、彼を楽しませるとともに、その使い方に慣れさせ、後世の彼にとって計り知れない価値をもたらしたに違いない。

M.フランスの著名な哲学者であるアラゴは、ワットの最も初期の興味深い伝記を書いたが、彼の逸話は、もしそれが正しければ、この少年の思慮深さと知性、そして機械的傾向をよく示している。

6歳のとき、暇さえあれば幾何学的な問題を解いていたという。また、アラゴは、彼が茶瓶で実験している描写の中に、蒸気の性質と特性に関する彼の初期の研究を発見している。

14歳を過ぎてから、彼はクラスの先頭に立ち、特に数学の勉強で能力を発揮するようになったのである。余暇は主に鉛筆でスケッチをしたり、彫刻をしたり、木や金属を加工するのに使った。彼の好きな仕事は、航海用機器の修理だったようだ。 少年時代も、生後も、彼は熱心な読書家で、手にした本には必ず興味を引くものがあったようだ。

18歳の時、ワットはグラスゴーに送られ、母の親戚の家に住みながら数学の楽器職人の仕事を学ぶことになった。ワットが世話になった機械工は、あまりに不精であったためか、この事業にあまり協力できないことがすぐにわかり、ワットと知り合いになったグラスゴー大学のディック博士がロンドンに行くように勧めた。

そこで彼は、1755年6月に大都市に向けて出発し、到着後、コーンヒルのジョン・モーガン氏と契約し、20ギニーを報酬として、1年間自分の選んだ仕事に従事することにした。その年の暮れには、重病のために帰国せざるを得なくなった。

30.健康が回復した彼は、1756年に再びグラスゴーに行き、そこで職を追求するつもりであった。しかし、彼は市長の息子ではなく、町で見習いをしていなかったため、ギルド(商人組合)からグラスゴーで店を開くことを禁じられた。ディック博士は彼を助け、大学に遺贈された器具の修理のために彼を雇った。最終的に彼は、大学の建物の3つの部屋を使うことを許された。

図13 ニューコメン機関の模型

1760年までここにいたが、商売がうまくいかなくなり、市内に店を構えた。1761年に再びトロンゲートの北側に店を構え、大学との関係を維持しながら、妨害されることなくわずかな生計を立てていた。

彼は余暇の多くを哲学的な実験や、 楽器の製作に費やし、科学に精通し、オルガンの構造の改良を考案していた。

しかし、グラスゴーの近所でニューコメン機関が導入され、大学の所蔵品に模型があったこと、その模型が1763年に修理のために彼の手に渡ったことから、彼は蒸気機関の歴史を研究し、即席の装置を使って蒸気の特性について自ら実験研究を行うことになった。

31.ニューコメンの模型にはボイラーが付いていたが、これは実際に使われているエンジンの縮尺で作られていたにもかかわらず、エンジンを動かすのに十分な蒸気を供給することが全くできなかったのである^[3]。

直径は約9インチ、蒸気シリンダーは直径2インチ、ピストン行程6インチで、図13のように配置されている。

グラスゴー大学所蔵の最も慎重に保存された宝物の写真である。ワットはすぐにこの欠点に気づき、まずその原因を探り、次に解決策を探った。

32.彼はすぐに、ニューコメン・エンジンにおける熱の損失は、小型の模型ではかなり誇張されてしまうが、その原因は次のようなものであると結論づけた。第一に、シリンダー自体による熱の放散。シリンダーは真鍮製で、熱の伝動性が優れると同時に良い放熱器でもある。第二に、真空を作り出すために一行程毎にシリンダーを冷却する必要があることによる熱の損失。最後に、ピストンの下に蒸気が存在することによる動力の損失。

彼はまず、木材を油に浸して焼いた断熱性の円筒を作り、こうして確保された蒸気の経済性に決定的な利点を見出した。

その結果、横軸は温度、縦軸は圧力を表し、その曲線を逆算して、212度以下の温度と大気圧以下の圧力のおおよその測定値を得るまで、一連の実験を行った。

こうして彼は、ニューコメン機関に使用する噴射水の量によって、内部の温度が175度から140度まで下がることを発見し、かなりの背圧がかかることを突き止めた。

さらに研究を進め、一回の行程で使う蒸気の量を測定し、シリンダーを満たすだけの量と比較したところ、少なくとも4分の3は無駄になっていることが分かった。

次に、ある重量の蒸気を凝縮させるのに必要な冷水の量を求めたところ、1ポンドの蒸気には、凝縮に使用した約6ポンドの冷水を52Fahr.の温度から沸点に上昇させるに十分な熱が含まれていることがわかった。さらに、ニューコメン機関の1行程ごとに、シリンダーいっぱいの蒸気を凝縮するのに十分であると考えられる量の4倍もの注入水を使用しなければならないことが判明した。こうして、エンジンに供給される熱の4分の3が無駄になっているという、彼の以前の結論が確認されたのである。

潜熱の存在を実験によって明らかにした彼は、この情報を持って友人のブラック博士のもとに行った。ブラック博士は、その少し前にブラック博士自身が発見した「潜熱の理論」を彼に教えた。

図14 ワットの1号機(1765年)

33.したがって、ワットは今、彼自身の研究によって、彼自身が列挙しているように、次のような事実を決定していたのである。^[4]次のような事実が判明した。

(1)鉄、銅、ある種の木の熱容量で、水と比較した場合。

(2)水蒸気のかさを水と比較したもの。

(3)あるボイラーで、1ポンドの石炭によって蒸発する水の量。

(4)沸騰水より大きい種々の温度における蒸気の弾性と、他の温度で従う法則の近似値。

(5)直径6インチ、行程12インチの木製シリンダーを持つ小型のニューコメンエンジンが、一回の行程で必要とする水量は、蒸気の形で何リットルであったか。

(6)シリンダー内の蒸気を凝縮させ、1平方インチあたり約7ポンドの動力を与えるために、1行程ごとに必要な冷水の量。

34.このように綿密で真に科学的な調査を行った結果、ワットは蒸気機関の既存の欠点を理解し、その原因を知った上で、蒸気機関の改良に取りかかることができたのである。

1765年の春の日曜日の午後に、彼は 、彼の最初で最大の発明である分離型復水器を考案したのである。そのため、彼は現代のエンジニアがまだ完全に解決するために無駄な努力をしている問題を理解し、それを述べた最初の人だった。

この時、ワットは29歳であった。この最初の一歩を踏み出し、このような根本的な改良を行った後、この発明の成功が決定されるやいなや、古いニューコメン機関の最初の根本的な変更から生じる緊急事態の結果として、他の発明が次々と続いた。 しかし、この新しいエンジンの形や細部の比率を決定するために、科学的、実用的な情報を巧みに組み合わせたワットの強力な頭脳も、何年も費やされたのである。

35.独立した復水器を取り付けるにあたって、彼はまず、最初のモデルのスケッチである図14のように表面凝縮を試みたが、これはうまくいかなかったので、噴流に代えた。復水器が水で満たされるのを防ぐために、すぐに何らかの工夫が必要になった。

ワットは当初、ニューコメン機関の効果の低い凝縮器と同じ方法、つまり凝縮器から大気の圧力で相殺できる水柱の高さよりも深いところまでパイプを導く方法を採用しようとした。しかしその後、彼は空気ポンプを採用し、凝縮器から水だけでなく、通常かなりの量が集まって真空を損なう空気からも解放させた。

そして、ピストンの潤滑と気密保持に使っていた水を、油と獣脂に代えて、水を使った場合のシリンダーの冷却を避けるようにした。

さらに、シリンダーが冷え、その結果動力が浪費されるもう一つの原因は、大気が上部に入り込み、ピストンが行程するたびにシリンダーを伝わっていくことであることが分かった。

このため、発明者はシリンダーの上部を覆い、ピストンロッドが「スタッフィング・ボックス」を通過するようにすることで、これを防止しようと考えた。そして、ボイラーからの蒸気が蒸気シリンダーの周囲を通り、ピストンの上面に当たるようにした。また、シリンダーを高温に保つだけでなく、ピストンから漏れても凝縮して簡単に処理されるため、比較的害が少ない。

図15 ワットの揚水機 1769年製

36.これによって、ニューコメンの「大気圧エンジン」は、ジェームス・ワットの「蒸気エンジン」へと変身を遂げたのである。図15は、1769年4月に特許を取得したエンジンの改良版である。ワットの最初のエンジンは、ボロースタウネスに近いキネイルのハミルトン公爵の領地にある炭鉱の賃貸人、ローバック博士の金銭的援助を受けて建設されたものであった。このエンジンは、炭鉱に設置され、直径18インチの蒸気シリンダーを持っていた。

図15では、蒸気はボイラーから配管dと弁cを通ってシリンダーケーシング(蒸気ジャケット)Y Yに入り、ピストンbの上を通り、これに従ってシリンダーa内を下降しているが、このとき弁fは開いていて排気を凝縮器hに通過させることができる。

ピストンがシリンダーの下端に、ポンプロッドがビームyの反対側の端にあり、こうしてポンプに水が満たされると、バルブcとfが閉じ、eが開いてピストンの上に残っている蒸気をその下に流し、ポンプの重みで上下の圧力が等しくなると、蒸気が急速にシリンダーの上部に引き寄せられ、一方で蒸気はピストンの下側を通って上に移動していくのである。

ここでバルブeが閉じられ、cとfが再び開かれ、前と同じようにダウン行程が繰り返される。ポンプqは凝縮水を供給し、ポンプAは凝縮水の一部を取り出し、空気ポンプによって「ホットウェル」kに投げ込まれ、それとともにボイラーに供給される。弁は、ベイトン社のものと非常によく似たバルブ・ギアによって、「プラグ・フレーム」または「タペット・ロッド」n nのピンm mによって動かされる。

エンジンは、実質的な土台の上に取り付けられている。B B Fは、 、エンジンを始動する前に、シリンダーと復水器から空気を追い出すために、そこから開口している。

37.エンジンの製作と組み立てにおいて、ワットは、部品を正確に作り、巧みにはめ込み、完成したらきちんと組み立てることのできる熟練工を見つけるのに一番苦労した。

ニューコメンとワットの二人がこのような深刻な問題を発見したということは、たとえエンジンがもっと早く設計されていたとしても、機械工がその製造に必要な技術を身につけつつあったこの時期まで、世界が蒸気機関の成功を見ることはなかったであろうということを示している。しかし、その一方で、もしもっと前の時代の機械工が、その仕事の手際の良さについて同じように熟練し、十分な教育を受けていたならば、蒸気機関がもっと早く実用化されなかったかもしれないということも全くないとは言い切れないのである。

ウスター侯爵の時代には、ワットの蒸気機関が発明されていたとしても、それを作る職人を確保することはおそらく不可能だっただろう。実際、ワットはある時、自分の蒸気シリンダーが8分の3インチ足りないだけで、真の円筒形になると自画自賛したことがある。

38.しかし1773年、ワットはバーミンガムの知的で精力的な富裕層の製造業者マシュー・バールトンと関係を持つようになった。その後、バーミンガム近郊のソーホーにあるボールトンとワットの会社は、長い間、世界で作られるすべての蒸気機関の大部分を供給していた。 新会社では、ボールトンが事業全般を担当し、ワットがエンジンの設計、建設、据付を監督した。ボールトンのビジネス能力とワットの素晴らしい機械的能力、ボールトンの健康な身体とその活力と勇気が、ワットの弱々しい健康と気落ちを相殺し、そして何よりも、ボールトンが自分の財布と友人の財産から得た金銭的資源によって、会社は財務、訴訟、技術などあらゆる困難に打ち勝つことができたのである。

マシュー・ボールトン

39.ワットは、ボールトンに会う前に、排気蒸気が凝縮器に激しく流れ込むことによって失われることが明らかな動力をいくらか節約することを思いつき、1769年5月のグラスゴー付けのバーミンガムのスモール博士への手紙の中で、「カットオフ」によって蒸気を広範囲に使用することによって得られる利点を述べている。彼はまた、「複式機関」を計画していた。

この蒸気の膨張の発明は、蒸気機関の他のどの改良にも勝るとも劣らない重要なもので、1776年にソーホーで採用されたが、特許が取得されたのは1782年のことであった。

この間、ワットはクランクとフライホイールを発明したが、前者はワットに雇われていた労働者から知識を得たと思われるワスボローが最初に特許を取得したので、後者は 回転運動を起こす他のいくつかの方法の特許を取り、一時的に「太陽と惑星の車輪」として知られている方法^[5]を採用し、その後クランクを使用するようになった。

蒸気機関を回転運動の生産に適応させた後、すぐに複動式機関、遠心式調速器、カウンター、蒸気機関計、その他の細かいが貴重な改良が導入され、ワット蒸気機関は最終的に、工場の駆動、鉄道での使用、蒸気航行、その他無数の目的に適用できるようになり、すでに述べたように文明の大きな物質代理人となったのである。

図16 ワットの蒸気機関 1780年頃

40.図16はワット複動式機関である。単動機関と異なる点は、シリンダの両端に蒸気弁B Bと排気弁E Eを設け、蒸気をピストンの両側に交互に作用させ、機関の出力を実質的に2倍にしていることである。

シリンダーと反対側の梁の端は、通常、クランクシャフトと接続されている。

41.この時点で、蒸気機関の歴史は、いくつかの異なる方向への応用の物語となる。最も重要なものは、これまで唯一の応用であった揚水、機関車のような馬車の推進力、工場や機械の駆動、蒸気航行などである。

ワットの自宅の工房

ここで、ジェームズ・ワットとお別れである。^[6]彼が果たした役割は、天文学のニュートンや詩のシェイクスピアの役割に匹敵する」と述べている。

今世紀初頭に会社を引退したワットは、ヒースフィールドの自分の土地で静かに過ごしていた。彼は自分の家に小さな仕事場を作り、そこでほぼすべての時間を過ごし、特殊な目的のために独創的な機械を発明し、設計し、組み立てた。1819年8月25日、長寿と名声を保ちながら、安らかにこの世を去った。

ワットの時代以来、改良は主として細部にわたって行われ、蒸気機関の適用範囲も拡大された。

42.揚水への応用の歴史を完結させるために、現在建設されている揚水機関の主要な形式を示す図を次に示す。

図17 コーニッシュ揚水機関(1877年)

図17はコーニッシュ揚水機関であり、非常に重量があり高価であるにもかかわらず、現在でも多く使用されている。

このエンジンは、その一般的な特徴のすべてにおいて、ジェームズ・ワットのエンジンであることがわかるだろう。

単動式で、スチームジャケットとプラグロッド式弁装置、J Kを備えている。改良点は、主に部品の形状と比率、そして高圧蒸気と「短いカットオフ」に適応することである。

Aは蒸気シリンダー、B Cはピストンとロッド、Dはビーム、Eはポンプロッド。蒸気シリンダーは "スチームジャケット "と呼ばれ、レンガやその他の断熱性の材料でできたケーシングOで囲まれている。蒸気はまずピストンの上に供給され、ピストンを急速に下降させ、ポンプ・ロッドを上昇させる。行程の初期には、誘導弁の突然の閉鎖によって蒸気の供給が止められ、すでに動いている重い部品の慣性によって助けられた膨張蒸気の作用で行程が完了する。深い坑道の揚水に使用する場合、必要な重量と慣性は、非常に長くて重いポンプ・ロッドによってもたらされる。この重量が大きすぎる場合は、カウンターバランスを取り、都市の給水用に使用する場合は、小さすぎるため、重りを追加する。行程が完了すると、「平衡弁」が開かれ、蒸気が上からピストンの下の空間へと移動し、圧力の平衡が生じ、ポンプロッドが下降してポンプから水を強制的に排出し、蒸気ピストンを上昇させるのである。クランクなど行程の長さを決定する装置がないため、負荷の大きさに応じて蒸気の供給を慎重に調整しなければならない。万一、行程が適切な長さを超えてしまい、ピストンがシリンダーヘッドに衝突する危険がある場合は、バッファー・ビームでその動きを抑制する。この調節は、リザーバー付きのプランジャーポンプからなる一種の油圧調速器、「キャタラクト」によって行われる。プランジャーはエンジンによって上昇し、自動的に切り離される。プランジャーの落下速度は、手で調節可能な吸引口の大きさによって決まる。プランジャーがバレルの底に達すると、キャッチは外れ、錘が蒸気弁に作用してそれを開き、エンジンは行程を起こす。キャタラクトの出口がほぼ閉じているときは、プランジャーが下降している間、エンジンはかなりの時間停止し、長い間隔で行程が繰り返される。一方、開口部が大きいと、白内障の作用はより速くなり、エンジンはより速く作動する。この方式は、最近まで最も経済的な揚水機とされ、ヨーロッパでは現在でも鉱山の放水に一般的に用いられている。

図18.-ブルのコーニッシュ・エンジン(1798年)

43.図18は、より軽量で安価、かつほぼ同等の効果を持つ機械で、ブル・コーニッシュまたは直動式コーニッシュ機関として知られている。このエンジンは、ワットの競争相手が最初に設計したもので、その名はワットの名で知られている。このように、このエンジンのシリンダーaはポンプロッドc、d、gの真上にあり、 クロスビームb bに載せられている。空気ポンプm l o p、タンクn、弁装置q r sは、ビームコーニッシュエンジンのものと非常によく似ている。

図19.ホーンブロワーの複合エンジン(1781年)

図19は、「複合」または「2気筒」エンジンとして知られるクラスに属する、揚水機関の別の形式を表している。この種の機関は、1つのシリンダーから排出された蒸気を2番目のシリンダーでさらに膨張させるもので、1781年にホーンブロワーが最初に導入し、後日(1804)、高い蒸気とかなりの膨張を採用する目的で、ワットコンデンサーとの組み合わせで、ウルフが特許を取得したものである。

ウルフ・エンジンはある程度採用されたが、ワット・エンジンがよくできているところでは対抗できず、ホーンブロワーのエンジンと同様、すぐに見切りをつけられた。

複合エンジンは数年のうちに再び登場し、現在では高圧蒸気と見なされ、かなりの膨張が可能で、この方法で蒸気を使用する際の経済性の要求に対してより知的な配慮がなされた設計により、他のすべての形式のエンジンに徐々に取って代わられているようである。

図20 複合式揚水機関 1800年製

44.この形式のポンプ機関の一例であり，多くの技術者に好まれているのが，ビーム・クランク機関(図20)C，D，E Fで，二重シリンダA，Bが「バケットとプランジャの組み合わせ」，すなわち複動式ポンプJを作動させている。このような場合，"li "は "li "である。

図21 リービットのポンピングエンジン(1875年)

この機関では、2つのシリンダーの下端A,Bが梁の中心下で接近しているため、シリンダー間の蒸気通路が短くなり、歪みの分布が対称になり、通常のビームエンジンの一般型が使用できるようになった。簡単に調整できる弁装置が付いており、これを切ると約10倍に膨張し、ボイラーの蒸気圧は1平方インチあたり約80ポンドになる。シリンダーはスチームジャケットで覆われ、断熱性のフェルトとラギングで徹底的に被覆されている。このエンジンは、この国で報告されている中で最も経済的な結果を出しており、テスト・トライアルでは、100ポンドの燃料を燃やすごとに1フィートの高さに1億ポンド以上の水を上げる「義務」を達成した。

図22 ワージントン・コンパウンド・ポンピング・エンジン(1870年)

この機関では、2対の蒸気シリンダーA、Bが並んで配置され、それぞれがピストンロッドに取り付けられたポンプ・プランジャーFを駆動し、他方のピストンの動きによって弁装置H L、M Nを作動させるようになっている。これらのシリンダーは複合機関を形成し、小さい方のシリンダーAから排出された蒸気は、大きい方のシリンダーBに流れ込むのである。の大きい方、Bの方で、さらに拡大されている。このエンジンの弁装置は、このタイプのエンジンに非常によく適合している。フライホイールはなく、2つの独立したエンジンのそれぞれの運動は、隣のエンジンによって制御され、一方の弁装置は、他方のピストンによって動かされるのである。この巧妙な組み合わせにより、各ピストンはシリンダーの端から端まで動くことができ、ポンプシリンダーが完全に充填されてバルブが閉じている間、一瞬静止し、その後、戻り行程で動き出す。こうして、ピストンが交互に動く。これらのエンジンは非常に高い負荷をかけている。コンデンサーはCに、空気ポンプはDにあり、後者はベルクランク・レバーHからI、Kのリンクで作動する。V Vは水導入弁で、T Tは吸気側の弁である。

ジェームズ・ワットの墓(ハンズワース教会、1819年)

ここで、蒸気機関を揚水に応用することにする。このように使用されるエンジンの形式では、必ず復水器が装置の一部を構成していることに気がついた。

次に、仕事を終えた蒸気が直接大気中に放出される、現在ではおなじみの形式のエンジンの歴史を簡単にたどってみよう。

脚注

1. D. Appleton & Co.から出版される「A History of the Growth of the Steam-Engine」の抄訳
2. 特許が発行されたことは否定されているが、セイバリーがこの新しいエンジンの利権を主張し、受け取ったことは間違いない
3. 二乗三乗の法則により小型化すると発生する蒸気の体積に比べて表面積が増えるので放熱が増える
4. ブリュースター編『ロビンソン「機械哲学」』
5. 遊星歯車
6. "Traité des Machines à Vapeur" E. M. Bataille, Paris, 1847.